SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM ÜBERWACHEN EINER KRAFTFAHRZEUG-SICHERHEITSEINRICHTUNG
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraf t fahr zeug- Sicherheit seinrichtung ge äss Anspruch 1.
Im Bereich, der Automobil echnik werden zunehmend Sicherheitseinrichtungen wie Airbag- und Gurtstraf f ersysteme sowie Überrollsensoren eingesetzt . Zum Überprüfen der korrekten Funktion von derartigen Sicherheitseinrichtungen werden in der Regel gesonderte Überwachungseinrichtungen wie beispielsweise Mikroprozessoren oder spezielle Logikschaltungen in Form von ASICs (Application Specific Integrated Circuits) eingesetzt .
Aus der DE 44 24 020 ist eine festverdrahtete Logik (Ablaufsteuerung) bekannt, welche die Funktion eines unabhängig- en Überwachungsrechners für eine
Sicherheit seinrichtung erfüllt . Die Ablaufsteuerung überwacht die Anlauf phase bzw. den Eigendiagnoseablauf einer Auslösevoxrichtung einer Kraf fahrzeug-Sicherheitseinrichtung . Die Endstufen der Auslösevorrichtung werden für eine mögliche Aktivierung der Sicherheitseinrichtung erst freigegeben, wenn der Überwachungsrechner eine ordnungsgemäße Funktion eines Mikroprozessors der Sicherheitseinrichtung festgestellt hat . Dadurch wird bereits eine hohe Sicherheit vor Fehl funkt ionen erzielt .
Aufgabe cler vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Schaltuncjsanordnung zum Überwachen einer Kraf f ahrzeug- Sicherhei seinrichtung vorzuschlagen, welche die Sicherheit gegenüber der oben genannten Sicherheitseinrichtung weiter verbesser .
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftf hrzeug-Sicherheitseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst . Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen .
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine unabhängige Überwachungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug- Sicherheitseinrichtung in zusätzliche Aufgaben und/oder Funktionsabläufe der Sicherheitseinrichtung einzubinden, anstelle sie wie bisher ausschließlich für Überwachungsaufgaben einzusetzen . Durch diese Einbindung bildet die Überwachungseinrichtung sozusagen einen Teil der Sicherheitseinrichtung . Fällt daher die
Überwachungseinrichtung aus oder zeigt sie Fehlfunktionen, funktioniert auch die Sicherheitseinrichtung nicht mehr . Ein Ausfall kann unmittelbar erkannt werden. Mittels der Erfindung kann die Systemsicherheit gegenüber
Fehlverhalten/Fehlfunktionen, insbesondere im Falle von Einfachfehlern, wesentlich erhöht werden .
Die Erfindung betrifft nun eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung mit einer Steuereinheit, die zum Steuern der Sicherheitseinrichtung abhängig von mindestens einem Eingangssignal ausgebildet ist, und einer Überwachungseinheit, die zum Überprüfen der Steuereinheit ausgebildet ist . Erf indungsgemäss ist die Überwachungseinheit ebenfalls zum Steuern der Sicherheitseinrichtung abhängig von mindestens einem Eingangssignal ausgebildet; ferner sind Aktivierungsmittel vorgesehen, die zum Aktivieren von mindestens einem Aktuator der Sicherheitseinrichtung abhängig von einer Verknüpfung von mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit und von mindestens einem Steuersignal der Überwachungseinheit ausgebildet sind. Dadurch ist die Überwachungseinheit für die korrekte Funktion der
Schaltungsanordnung von wesentlicher Bedeutung . Ein Ausfall der Überwachungseinheit führt zu einem Ausfall der Sicherheitseinrichtung und kann unmittelbar bemerkt werden .
Vorzugsweise umfassen die Aktivierungsmittel mindestens einen Schalter im Aktivierungspfad der Sicherheitseinrichtung .
Ferner können die Aktivierungsmittel mindestens eine Akti-vierungsstuf e umfassen .
Insbesondere ist die mindestens eine Akt ivierungs stufe zum logi schen Verknüpfen des mindestens einen Steuersignals der Steuereinheit und des mindestens einen Steuersignals der Überwachungseinheit ausgebildet .
In' einer kostengünstigen Aus führungs form weist mindestens eine Aktivierungsstuf e vorzugsweise mindestens zwei Schaltelemente im Aktivierungspfad auf , die vom mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit und/ oder vom mindestens einem Steuersignal der Uberwachungseinheit angesteuert sind .
Der mindestens eine Aktuator kann beispielsweise ein ZüncLmittel , insbesondere eine Zündpille sein .
Das Zündmittel ist vorzugsweise Teil eines Airbags , eines Gur strammers oder eines Überrollbügels .
Insbesondere ist das mindestens eine Eingangssignal ein Sensorsignal von mindestens einem Beschleunigungssensor .
In einer bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weisen die Steuereinheit und die Überwachungseinheit j eweils eine Takt- Kontrolleinheit auf , die zum Überprüfen des Taktes der j eweils anderen Einheit ausgebildet ist .
Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise als ein Mikroprozessor mit einem Überwachungsprogramm oder als ein ASIC ausgebildet, das eine Ablaufsteuerung implementiert.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel .
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung 10 mit einer Steuereinheit 12, einer Überwachungseinheit 18, einem Netzteil
34 und Schnittstellen 36 und 38.
Das Netzteil 34 erzeugt aus einer Bordnetzspannung ÜB eine Zündspannung Uignit, die der Sicherheitseinrichtung 10 zugeführt wird. Die Zündspannung Uignit dient zum Zünden eines elektrisch betätigbaren Zündmittels (Aktuator) , insbesondere einer Zündpille, die beispielsweise in einem Gurtstrammer, einem Airbag, einem Überrollbügel oder dergleichen Sicherheitseinrichtung eingesetzt sein kann. Ein Kondensator
35 dient zum Puffern der Zündspannung Uignit.
Das Zünden wird von der Steuereinheit 12 gesteuert. Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise ein Mikroprozessor oder
Mikrokontroller sein, der- ein Programm zum Verarbeiten von zugeführten Eingangssignalen ausführt, indem er anhand der Eingangssignale entscheidet, ob ein Zünden erfolgen soll, beispielsweise wenn ein FahrzeugsCrash vorliegt.
Die Steuereinheit 12 wird in an sich bekannter Weise von der Überwachungseinheit 18 derart überwacht, dass nach Inbetriebnahme der dargestellten Schaltungsanordnung, d.h. nach Starten des Kraftfahrzeugs, ein Testprogramm von der Überwachungseinheit 18 ausgeführt wird, das Prüfsignale z.B. in Form von typischen Eingangssignalpattern erzeugt, welche der Steuereinheit 12 zugeführt werden. Die Steuereinheit 12 wiederum sendet Prüfergebnissignale zurück an die Überwachungseinheit 18, die anhand der empfangenen Prüfergebnissignale entscheiden kann, ob die Steuereinheit 12 korrekt arbeitet.
Falls der Test erfolgreich verlaufen ist, d.h. die Steuereinheit 12 korrekt arbeitet, gibt die
Überwachungseinheit 18 Zündendstufen 28, 30 und 32, welche die Funktion sowohl von Aktivierungsmitteln als auch -stufen erfüllen, in der Sicherheitseinrichtung 10 im Bedarfsfall frei (die Freigabe kann unmittelbar erfolgen, aber auch erst im Anforderungsfall, wenn eine Crash-Situation vorliegt) , indem sie einen Schalter 26 in der Sicherheitseinrichtung 10 schliesst, über den die Zündspannung Uignit den Zündendstufen 28, 30 und 32 zugeführt wird.
Nach Abschluss der Initialisierungsphase empfangen und verarbeiten die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 Eingangssignale über einen seriellen Bus 16. Der Bus 16 verbindet die Schnittstellen 36 und 38 mit der Steuereinheit 12, der Überwachungseinheit 18 und dem Netzteil 34 kommunikationsmäßig bidirektional. Er ist ein serieller Datenbus. Die Schnittstellen 36 und 38, die Steuereinheit 12,
die Überwachungseinheit 18 und das Netzteil 34 weisen zum Ankoppeln an den Bus 16 jeweils ein SPI (Serial-Parallel- Interface) 17 auf, das serielle Daten auf dem Bus 16 in parallele Daten zur internen Weiterverarbeitung umwandelt und umgekehrt .
Die Schnittstellen 36 und 38 haben unter anderem die Aufgabe, Signale wie z.B. Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssignale 52 und 54 von Beschleunigungs-, Geschwindigkeitssensoren und/oder Satelliten, die ausgelagerte Crashsensoren darstellen, und/oder Signale 56 und 58 von Sicherheitsgurt-Schaltern pegelgewandelt an die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 weiterzuleiten, insbesondere die Signale in einer für die beiden Einheiten 12 und 18 geeignet aufbereiteten Form in physikalischer als auch in zeitlicher Hinsicht zur Verfügung zu stellen. Dies ist insbesondere für den Fall von Bedeutung, in dem als Steuer- und/oder Überwachungseinheit 12 bzw. 18 Mikroprozessoren zum Einsatz kommen, die typischerweise bestimmte Eingangsspannungspegel und -Timings erfordern.
Bei der physikalischen Aufbereitung kann es sich beispielsweise um eine Pegelanpassung handeln, wie z.B. die Anpassung von einer spannungsbezogenen
Bordnetzspannungsschnittstelle oder einer strommodulierten Schnittstelle auf eine 5-Volt TTL- oder CMOS-Schnittstelle .
Bei der zeitlichen Aufbereitung kann es sich beispielsweise um die Bereitstellung von zwischengespeicherten empfangenen Satellitensignalen handeln, da diese Daten von den Satelliten in der Regel asynchron gegenüber dem Arbeitstakt der Steuereinheit 12 und/oder der Überwachungseinheit 18 zur Verfügung gestellt werden.
Die Sicherheitseinrichtung 10 umfasst die Zündendstufen 28, 30 und 32 sowie die entsprechenden Zündmittel 40, 42, 44, 46, 48 und 50 zum Aktivieren von nicht dargestellten Schutzeinrichtungen wie z.B. Airbags oder Gurtstrammer. Die Zündendstufen 28, 30 und 32 werden über einen seriellen Bus 52 von der Steuereinheit 12 und über eine Enable-Signalleitung 24 von der Überwachungseinheit 18 angesteuert.
Die von der Steuereinheit 12 und der Überwachungseinheit 18 gesendeten logischen Signale werden von den Zündendstufen 28, 30, 32 logisch verknüpft, insbesondere mit einer logischen ÜND-Funktion. Eine UND-Verknüpfung kann beispielsweise dadurch zu Stande kommen, dass die Steuereinheit 12 Schalter in den Zündendstufen 28, 30 und 32 ansteuern kann, sofern es die Situation erforderlich macht, und die Überwachungseinheit 18 den im Zündpfad befindlichen Schalter 26 und ein Freigabesignal 24 zu den Schaltern in den Zündendstufen 28, 30 und 32 liefern kann (eine Eingriffsmöglichkeit ist im Prinzip ausreichend) .
Durch die logische Verknüpfung im Zündendstufenbereich (Aktuatorikbereich) wird erreicht, dass für einen Auslösebzw. Aktivierungsvorgang der Zündendstufen 28, 30 und 32 sowohl die Steuereinheit 12 als auch die Überwachungseinheit 18 mindestens ein aktivierendes Signal beitragen muss, was vom Sicherheitskonzept erfordert, dass zum Auslöse- bzw. Einsatzzeitpunkt die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 funktionell in Ordnung sind.
Die Erfindung stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, da bei den bisherigen bekannten Applikationen ein Hauptrechner (Master-μP) in Zwischenzeiten von Überwachungsperioden als alleinige Instanz über eine Auslösung einer Sicherheitseinrichtung entscheiden kann. Durch
die alleinige AuslöseentScheidung ist eine Fehlfunktion des Hauptrechners (Master-μPs) nicht abzufangen.
Die Überwachungseinheit 18 erhält Signaldaten zum Entscheiden über eine Auslösung bzw. Zündung dadurch, dass sie den "Signal-Datenverkehr" mitverfolgt, welcher von den Schnittstellen 36 und/oder 38 zur Steuereinheit 12 erfolgt. Mittels dieser "abgehörten" Signaldaten kann die Überwachungseinheit 18 durch einen Algorithmus eine Plausibilisierungsfunktion für die Funktionstauglichkeit der Steuereinheit 12 bilden. Hierfür weist sie ein Überwachungsprogramm 60 auf, das einen Basisalgorithmus für eine Signalplausibilierung implementiert.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik kann dadurch erreicht werden, dass sich die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 gegenseitig bzgl . der korrekten Arbeitsfrequenz bzw. sich gegenseitig im korrekten Ablauf der Programmschritte (Tasks) überwachen können. Dadurch kann eine Art bidirektionale Watchdog-Funktion nachgebildet werden. In der Fig. ist dies durch eine Takt-Kontrolleinheit 62 für das Timing der Überwachungseinheit 18, eine Takt-Kontrolleinheit 64 für das Timing der Steuereinheit 12 und Taktleitungen 20 und 21 verdeutlicht, über die der Takt einer Takt- Kontrolleinheit zur Takt-Kontrolleinheit in der jeweils anderen Einheit übertragen werden kann. Die Kontrolleinheiten 62 und 64 überwachen den empfangenen Takt, indem sie dessen Timing mit dem Timing des Taktes der eigenen Einheit vergleichen. Bei signifikanten Abweichungen kann eine Kontrolleinheit 62 bzw. 64 das Auslösen eines Fehlersignals und/oder das Deaktivieren der Sicherheitseinrichtung 10 veranlassen. Denkbar ist auch, dass Kontrollimpulse abhängig vom Programmablauf in den beiden Einheiten 12 und 18 ausgetauscht werden, mit denen die korrekte Funktion einer Einheit überwacht werden kann. Beispielsweise kann das von
beiden Einheiten ausgeführte Programm derart ausgebildet sein, dass es periodisch Kontrollimpulse als Signal über die Taktleitungen 20 bzw. 21 ausgibt oder die Ausgabe abhängig von Programmereignissen erfolgt.
Bezugszeichen Sicherheitseinrichtung Steuereinheit serieller Bus serieller Bus Seriell-Parallel Interface Überwachungseinheit, 21 Taktleitung Schaltsignal Enable-Signalleitung Schalter, 30, 32 Zündendstufe Netzteil Puffer-Kondensator, 38 Schnittstellen, 42, 44,46 Zündmittel, 50 Zündmittel, 54 Satellitensignale, 58 Schaltersignale Uberwachungsprogramm, 64 Takt-Kontrolleinheit